西瓜生熟测定仪的工作原理与制作调试

方便实用的西瓜生熟测定仪

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每年西瓜上市季节，许多消费者缺乏直观判断西瓜生熟的经验.为此制作了下述的西瓜生熟测定仪。

一、工作原理

该西瓜生熟测定仪的电路原理图见下图。它主要由一块两输入端4与非门集成块(CD4011BP)和部份外围元件所组成。其中的两个与非门Dl、D2作为反相器(非门)使用，另外两个与非门D3、D4与电阻R2、电容C构成多谐振荡器。

该西瓜生熟测定仪的工作原理是：由于生瓜与熟瓜的水份、离子浓度是不相同的.因而它们的导电率不同，即生瓜的电阻大.熟瓜的电阻小。当探针a、b插入西瓜内部时，如果待测瓜是生瓜.a、b间电阻较大.则反相器Dl的输入端(即CD4011BP第①、②脚)为高电平(>1/2VDD)，其输出端(CD4011BP第③脚)为低电平.也就是D2、D3输入端(即CD4011BP第⑤、⑥、⑧脚)均为低电平。

于是经D2反相后其输出端(CD4011BP第④脚)为高电平，故发光二极管LED截止而不能点亮。同时D3输出端(CD4011BP第⑩脚)也为高电平。

根据两输入端与非门：“有低出高，全高出低”的逻辑功能可知.D3输出端将始终为高电平，D4输出端将始终为低电平，也就是由D3、D4等元件构成的振荡器不能起振，压电陶瓷片BL将不能发声。如果待测瓜是熟瓜，a、b间电阻将较小.则反相器Dl的输入端为低电平(<1/2VDD).其输出端为高电平，也就是D2、D3输入端(即CD4011BP第⑤、⑥、⑧脚)均为高电平。

显然，经D2反相后其输出端(CD4011BP第④脚)为低电平.故发光二极管LED因导通而点亮。同时D3输出端(CD4011BP第⑩脚)为低电平，经D4反相后，其输出端(即CD4011BP第11脚)输出高电平，一方面使压电陶瓷片BL有电流通过而发出声响，另一方面给电容C3充电，使C3左端(即CD4011BP第⑨脚)低电平。根据“有低出高”逻辑功能可知，D3输出端将变为高电平，经D4反相后其输出端(即CD4011BP第11脚)输出低电平，使压电陶瓷片BL无电流通过而停止发声。

与此同时，D3输出端高电平经R2给C反向充电，使D3另一输入端(即CD4011BP第9脚)变为高电平，根据“全高出低”的逻辑功能可知，D3输出端又将变为低电平，D4输出端又输出高电平.压电陶瓷片再次发出声响。电容C3再次被充电……如此周而复始重复上述过程，压电陶瓷片就会不停发出“嘀!嘀!”声，直至探针从西瓜中抽出为正。因此，根据发光二极管是否能点亮和压电陶瓷片能否不停发出“嘀!嘀!”声就能判断西瓜是否成熟。

二、制作调试

该西瓜生熟测定仪所用元件参数见上图所注，压电陶瓷片BL可用FT-27型，开关K用小型自锁式按钮开关，电源采用9V迭层电池。

本测试仪的印刷电路板见右图。探针可用普通自行车幅条改制，前端锉尖，后端利用幅条本身的丝攻，再配上螺母将探针固定在自制的外壳侧板上。外壳可用5mm厚的塑料板或五夹板粘接而成，其尺寸见下图所示。压电陶瓷片、开关及发光二极管安装在面板上。需说明的是，安装压电陶瓷片的位置要按照压电陶瓷片的尺寸，事先将面板挖一园形凹坑，凹坑部位再钻上一些透音小孔，然后再将压电陶瓷片嵌在园形凹坑内即可。

当元件焊接完毕经检查无误后，即可通电调试。将RP(小型实心密封可调电阻)调至阻值最大处，把探针全部插入切开且完全成熟(注：十成熟瓜已基本倒瓤，严格说已不能吃)的西瓜中(注：以后正常检测也要全部插入，否则会影响测量结果).然后缓慢调节(减小)RP阻值，直到发光二极管点亮，压电陶瓷片发声时停止，并记下此时RP的阻值，此时阻值较大，设为Ra。接下来把探针全部插入已切开为五六成熟的生西瓜中，缓慢调节RP阻值，直到发光二极管熄灭，压电陶瓷片停止发声时停止，并记下此时RP的阻值.此时阻值较小，设为Rb。于是可取Ra—Rb中间某一数值作为RP的值，这样发光二极管点亮，压电陶瓷片发声时检测的西瓜通常为八九成熟，正好食用。

审核编辑：汤梓红